EP0215857B1 - Verfahren zum ausschleusen von rückstandspartikeln aus einem druckvergasungsreaktor - Google Patents

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EP0215857B1
EP0215857B1 EP86901777A EP86901777A EP0215857B1 EP 0215857 B1 EP0215857 B1 EP 0215857B1 EP 86901777 A EP86901777 A EP 86901777A EP 86901777 A EP86901777 A EP 86901777A EP 0215857 B1 EP0215857 B1 EP 0215857B1
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pressure
discharge
reactor
particles
residue
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EP86901777A
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Stefan Smieskol
Johann Harjung
Joachim Meckel
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Veba Oel Technologie und Automatisierung GmbH
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Veba Oel Technologie und Automatisierung GmbH
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    • B01J3/02—Feed or outlet devices therefor
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    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48—Apparatus; Plants
    • C10J3/52—Ash-removing devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10J3/526—Ash-removing devices for entrained flow gasifiers
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/093—Coal

Definitions

  • the invention relates to a method for the continuous or batch removal of residue particles in the form of ash, slag and possibly solid carbon particles from a discharge opening of a pressure gasification reactor according to the fluidized bed or fly dust principle by means of at least one screw conveyor rotatable in a housing, the inlet port of the housing communicates with the discharge port of the reactor receiving the residue particles and the particles are discharged from the screw conveyor through a discharge opening into a discharge chamber or the like.
  • a discharge device for a preferably working fluidized bed reactor which enables a metered material discharge by a controllable drive and the material to be discharged forms the closure element, so that no closing bodies such as slides and the like.
  • the conveying element is designed as a screw conveyor (see. DE-A-3 241 239).
  • a similar principle is implemented in a non-pressurized gasification reactor with wet ash discharge, in which the particles of the gasification residue are collected in the axial bottom nozzle of the gasification reactor filled with water and in which a screw conveyor ensures the removal of the residue particles sedimented below the water surface (EP-A- 0 117 765).
  • EP-A-0 011 151 describes a device for introducing solid fuels into a pressure gasification reactor, the discharge opening of a screw housing being provided with an adjustable pressure device acting on a closure member, which presses particles mixed with water or a binder against the closing pressure be compressed a mass plug and the mass plug is ejected through the discharge opening in the housing.
  • lock systems In the known systems, in particular for the dry discharge of ash and slag constituents which occur in the pressure gasification, locks have hitherto been used, as is generally done when solid flows have to be transported between rooms of different pressures and the escape of possibly harmful gases must be prevented .
  • Such lock systems include other apparatus, machines and control devices.
  • one or more bunkers are used, which are usually arranged below the gasification reactor and can be separated from one another and from the reactor by valve combinations.
  • An ash discharge with two bunkers is implemented, for example, in such a way that dry or wet ash is transferred from the reactor to the first bunker under pressure. After the reactor and bunker have been separated, the bunker is expanded and the expansion gases are discharged. Then the connection to the second bunker is opened so that the dry ash or residue water suspension gets into the pressureless container underneath. In the case of dry ash discharge, it is additionally necessary to pass the pressureless container with flushing gas in order to remove the raw gas containing CO and H 2 S from the ash or residue accumulation before emptying. Then the connection between the bunkers is closed, the bunker located directly below the reactor is covered with nitrogen, carbon dioxide or product gas. The ash or residue is removed from the unpressurized bunker using suitable transport equipment.
  • Such a lock system works discontinuously.
  • pressure fluctuations are caused in the gasification system.
  • the control of the ash or residue discharge is complex because a large number of locking valves have to be used.
  • the operation of the closing fittings is very maintenance-intensive and prone to failure due to wear, grooving and corrosion of the sealing surfaces.
  • the invention has for its object to enable a continuously operating, insensitive ash or residue discharge with a significant reduction in the effort for locking valves and shut-off devices in a method of the type mentioned and without major pressure fluctuations in the actual gasification process.
  • the discharge opening of the screw housing is provided with an adjustable pressure device acting on a closure member for the purpose of exerting a closing pressure and the water-mixed particles are expelled against the closing pressure of the closure member via a discharge opening leading into the discharge chamber, the actuation of the closure member via a hydraulic device which is connected to the pressure prevailing in the reactor and transmits a closing pressure corresponding to the reactor pressure to the closure member.
  • a modification of the above method provides for the closure member to be actuated via a hydraulic pressure-maintaining unit which is independent of the reaction space of the pressure gasification reactor.
  • Another embodiment provides that an additional pressure based on the operating pressure of the reactor is transmitted to the closure member.
  • the additional pressure can be transmitted by an adjustable spring but also by other equivalent means. Since the screw conveyor conveys against the additional pressure, the build-up of a mass plug from the ash or also slag particles in cooperation with the water is made possible in the present wet discharge.
  • the closure member serves in a manner known per se as an actuator of a control loop in which the prevailing in the reactor or an external z.
  • B. pressure impressed via a hydraulic pressure unit represents the command variable.
  • a suitable embodiment of the present method or a corresponding device suitable for carrying out this method is that the closure member is designed as a piston, cone or the like and that the discharge opening has a correspondingly machined seat for the piston, cone or the like. having.
  • the specified method enables the lock system to be significantly reduced in size and simplified, with particular savings being made on fittings and closures. In addition, there is less maintenance and less susceptibility to faults.
  • a device suitable for carrying out the proposed method of wet removal is further explained on the basis of the description of the figure as follows.
  • the ashes and slag particles accumulating in the water reservoir 2 of the pressure gasifier 3 get into the pre-bunker 9.
  • the screw conveyor 1 with a differently designed pitch is rotatably arranged below the pressure gasifier (gasification reactor) 3 in a housing 11.
  • the ash and slag particles pass from the pre-bunker 9 into the housing 11.
  • the discharge screw 1 ends at a distance in front of the discharge opening 6 of the screw housing 11.
  • a plug of mass is formed in the free space of the housing 11 in front of the discharge opening 6 against the additional pressure exerted on the piston 5 by the spring 7, which as Additional sealing element between the water reservoir 2 under pressure from the gasification reactor and the ash or slag particles collected therein or the residue moistened with a liquid binder and the space outside the discharge nozzle 10 can serve.
  • the discharge opening 6 of the screw housing 11 ends with the seat for the piston 5.
  • the piston 5 is pressed hydraulically against the sealing surface worked on the seat, the closing pressure of the piston 5 corresponding approximately to the operating pressure of the pressure gasifier 3.
  • the screw drive is switched on or off accordingly by means of a fill level measurement and control in order to prevent the pre-hopper and the screw housing 11 from being completely emptied. It is important that there is a sufficiently large inlet cross-section through the inlet connection of the housing 11, as a result of which faults in the slag granulate inlet in the feed zone of the screw 1 are avoided.
  • the slope of the screw 1 is dimensioned such that pressure is reduced by the formation of a jam as explained above.
  • the space filled with water-containing residue between the screw end and discharge opening 6 of the screw housing 11 serves as a safety zone in order to prevent a greater outflow of liquid from the water reservoir 2.
  • the adjustable spring 7 transmits an additional pressure to the piston 5, so that during operation of the screw conveyor 1, the ash or residue components are applied against the largely constant additional pressure transmitted by the spring independent of operating pressure fluctuations.
  • a good fit with sufficient sealing is achieved, for example, by a pressure-transmitting connection of a corresponding adjusting slide for the closure member, in the present example for the piston 5, with the water reservoir 2 in the gasification reactor 3 or the hydraulic pressure maintenance unit 8. This is to ensure that at least the respective operating pressure of the gasification reactor 3 is always present at the adjusting slide and that the discharge device is always kept closed even by fluctuating operating pressure by means of the closure member.
  • the drive element for the screw 1 is dimensioned taking into account the mechanical properties of the ash and residue components to be discharged so that the additional pressure transmitted, for example, by the spring 7 to the closure element is surely overcome and that the closure element during operation of the screw 1 under the pressure of the discharge orifice exposes the ash or residue constituents of the mass plug built up.
  • the ash or residue components get into, for example, below the Discharge nozzle 10 arranged pressure-free intermediate bunker.
  • the water that is also transported along with the screw conveyor and also passes through the discharge opening in the case of using a water supply causes fluidization of the ejected mass plug.
  • the residue components can be degassed in the intermediate bunker.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen oder absatzweisen Ausschleusen von Rückstandspartikeln in Form von Asche-, Schlacke- sowie ggf. festen Kohlenstoffteilchen aus einer Abzugsöffnung eines Druckvergasungsreaktors nach dem Wirbelbett- oder Flugstaubprinzip mittels mindestens einer in einem Gehäuse drehbaren Förderschnecke, wobei der Eintrittsstutzen des Gehäuses mit dem die Rückstandspartikel aufnehmenden Abzugsstutzen des Reaktors in Verbindung steht und wobei die Teilchen von der Förderschnecke durch eine Austragsöffnung in eine Ausschleuskammer o. dgl. ausgeschleust werden.
  • Für den Austrag von Asche-, Schlacke- sowie ggf. Kohlenstoffteilchen (Vergasungsrückständen), die bei der Druckvergasung flüssiger oder fester Brennstoffe anfallen, sind verschiedene diskontinuierlich arbeitende Ausschleusesysteme auf trockener oder nasser Basis bekannt.
  • So ist eine Austragvorrichtung für einen vorzugsweise unter Druck arbeitenden Wirbelschichtreaktor vorgeschlagen worden, welche durch einen regelbaren Antrieb einen dosierten Materialaustrag ermöglicht und wobei das auszutragende Material das Verschlußelement bildet, so daß keine Schließkörper wie Schieber u. dgl. vorgesehen sind und wobei das Förderelement als Förderschnecke ausgebildet ist (vgl. DE-A-3 241 239).
  • Ein ähnliches Prinzip ist bei einem drucklosen Vergasungsreaktor mit nassem Ascheaustrag verwirklicht, bei dem die Teilchen des Vergasungsrückstandes in dem mit Wasser gefüllten axialen Bodenstutzen des Vergasungsreaktors gesammelt werden und bei dem eine Förderschnecke für den Abtransport der unterhalb der Wasseroberfläche sedimentierten Rückstandsteilchen sorgt (EP-A-0 117 765).
  • In der EP-A-0 011 151 ist eine Vorrichtung zum Eintragen von festen Brennstoffen in einen Druckvergasungsreaktor beschrieben, wobei die Austragsöffnung eines Schneckengehäuses mit einer auf ein Verschlußorgan einwirkenden einstellbaren Druckeinrichtung versehen ist, die mit Wasser oder einem Bindemittel vermischten Teilchen gegen den Schließdruck zu einem Massepfropfen verdichtet werden und der Massepfropfen über die im Gehäuse befindliche Austragsöffnung ausgestoßen wird.
  • Bei den bekannten Systemen, insbesondere für den Trockenaustrag von Asche sowie Schlackenbestandteilen, die bei der Druckvergasung anfallen, sind bisher Schleusen angewendet worden, wie das allgemein durchgeführt wird, wenn Feststoffströme zwischen Räumen unterschiedlichen Drucks zu transportieren sind und das Entweichen eventuell schädlicher Gase verhindert werden muß. Zu derartigen Schleusensystemen gehören weitere Apparate, Maschinen und Steuerungseinrichtungen. Hierbei werden ein oder mehrere Bunker, die in der Regel unterhalb des Vergasungsreaktors angeordnet und durch Armaturenkombinationen voneinander und vom Reaktor getrennt werden können, eingesetzt.
  • Eine Ascheaustragung mit zwei Bunkern wird beispielsweise so realisiert, daß trockene oder nasse Asche vom Reaktor unter Druck in den ersten Bunker übergeführt wird. Nachdem Reaktor und Bunker getrennt sind, wird der Bunker entspannt, die Entspannungsgase werden abgeleitet. Anschließend wird die Verbindung zum zweiten Bunker geöffnet, so daß die trockene Asche oder Rückstands-Wasser-Suspension in den darunter liegenden drucklosen Behälter gelangt. Im Falle des trockenen Ascheaustrages ist es zusätzlich erforderlich, den drucklosen Behälter mit Spülgas zu durchleiten, um das CO-und H2S-haltige Rohgas aus dem Asche- bzw. Rückstandshaufwerk vor der Entleerung zu entfernen. Anschließend wird die Verbindung zwischen den Bunkern geschlossen, der direkt unter dem Reaktor angeordnete Bunker wird mit Stickstoff, Kohlendioxid oder Produktgas bespannt. Die Asche bzw. der Rückstand wird aus dem drucklosen Bunker über geeignete Transporteinrichtungen entfernt. Ein derartiges Schleusensystem arbeitet diskontinuierlich. Beim Bespannen des Bunkers mit Produktgas werden Druckschwankungen im Vergasungssystem verursacht. Die Steuerung des Asche- bzw. Rückstandsaustrages ist aufwendig, weil eine Vielzahl von Schließarmaturen eingesetzt werden müssen. Besonders im Falle des trockenen Ascheaustrages ist der Betrieb der Schließarmaturen aufgrund von Abnutzung, Rillenbildung und Korrosion der Abdichtungsflächen sehr wartungsintensiv und störungsanfällig.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art einen kontinuierlich arbeitenden störungsunempfindlichen Asche- bzw. Rückstandsaustrag bei einer deutlichen Verminderung des Aufwandes für Schließarmaturen und Absperrorgane zu ermöglichen und ohne daß größere Druckschwankungen im eigentlichen Vergasungsprozeß auftreten.
  • Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die Austragsöffnung des Schneckengehäuses mit einer auf ein Verschlußorgan zwecks Ausübung eines Schließdrucks einwirkenden einstellbaren Druckeinrichtung versehen ist und die mit Wasser vermischten Teilchen gegen den Schließdruck des Verschlußorgans über eine in die Ausschleuskammer führende Austragöffnung ausgestoßen werden, wobei die Betätigung des Verschlußorgans über eine Hydraulikeinrichtung, die mit dem im Reaktor herrschenden Druck in Verbindung steht und einen dem Reaktordruck entsprechenden Schließdruck auf das Verschlußorgan überträgt, erfolgt.
  • Es ist aber auch ein absatzweises Ausschleusen asche- oder schlackeartiger Rückstandsteilchen möglich, wenn bei Einsatz von Brennstoffen mit geringem Aschegehalt deren Anfall eine durchgehende kontinuierliche Austragung nicht erfordert.
  • Eine Abwandlung des vorstehenden Verfahrens sieht vor, die Betätigung des Verschlußorgans über ein vom Reaktionsraum des Druckvergasungsreaktors unabhängiges Hydraulik-Druckhalteaggregat vorzunehmen.
  • Durch diese Maßnahmen wird innerhalb der Fördereinrichtung aus Gehäuse und Förderschnecke ein mindestens so großer Druck wie in dem Vergasungsreaktor aufrechterhalten.
  • Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß auf das Verschlußorgan ein Zusatzdruck bezogen auf den Betriebsdruck des Reaktors übertragen wird. Der Zusatzdruck kann durch eine justierbare Feder aber auch durch andere gleichwirkende Mittel übertragen werden. Da die Förderschnecke gegen den Zusatzdruck fördert, wird der Aufbau eines Massepfropfens aus den Asche-oder auch Schlacketeilchen im Zusammenwirken mit dem Wasser bei der vorliegenden Naßausschleusung ermöglicht.
  • Das Verschlußorgan dient in an sich bekannter Weise als Stellglied eines Regelkreises, in welchem der im Reaktor herrschende oder ein von außen z. B. über ein Hydraulik-Druckaggregat aufgeprägter Druck die Führungsgröße darstellt.
  • Eine geeignete Ausbildung des vorliegenden Verfahrens bzw. einer entsprechenden, zur Ausübung dieses Verfahrens geeigneten Vorrichtung besteht darin, daß das Verschlußorgan als Kolben, Kegel o. dgl. ausgebildet ist und daß die Austragsöffnung einen entsprechend gearbeiteten Sitz für den Kolben, Kegel o. dgl. aufweist.
  • Das angegebene Verfahren ermöglicht, das Schleusensystem wesentlich zu verkleinern und zu vereinfachen, wobei insbesondere an Armaturen und Verschlüssen gespart wird. Darüber hinaus resultiert ein geringerer Wartungsaufwand und eine geringere Störanfälligkeit.
  • Eine zur Ausübung des vorgeschlagenen Verfahrens einer Naßausschleusung geeignete Vorrichtung wird weiter anhand der Beschreibung der Figur wie folgt erläutert.
  • Die in der Wasservorlage 2 des Druckvergasers 3 anfallende Asche und Schlacketeilchen gelangen in den Vorbunker 9. Durch die über den Brecher 4, der im Auslauf der Wasservorlage 2 vor dem Vorbunker 9 angeordnet ist, erfolgende Vorzerkleinerung wird verhindert, daß größere Schlackefäden über den Eintrittsstutzen des Gehäuses 11 in den Bereich der Einzugszone der Förderschnecke 1 gelangen und diese blockieren.
  • Die Förderschnecke 1 mit unterschiedlich ausgelegter Steigung ist unterhalb des Druckvergasers (Vergasungsreaktors) 3 in einem Gehäuse 11 drehbar angeordnet.
  • Die Asche und Schlacketeilchen gelangen vom Vorbunker 9 in das Gehäuse 11.
  • Die Austragsschnecke 1 endet in einem Abstand vor der Austragsöffnung 6 des Schneckengehäuses 11. Bei Betätigung der Schnecke 1 wird in dem freien Raum von Gehäuse 11 vor der Austragsöffnung 6 gegen den von der Feder 7 auf den Kolben 5 ausgeübten Zusatzdruck ein Massepfropfen gebildet, der als zusätzliches Dichtelement zwischen der unter dem Druck des Vergasungsreaktors stehenden Wasservorlage 2 und den darin gesammelten Asche- oder auch Schlacketeilchen bzw. dem mit einem flüssigen Bindemittel angefeuchteten Rückstand und dem Raum außerhalb des Austragsstutzens 10 dienen kann.
  • Die Austragsöffnung 6 des Schneckengehäuses 11 endet mit dem Sitz für den Kolben 5. Der Kolben 5 wird hydraulisch an die an dem Sitz angearbeitete Dichtfläche angepreßt, wobei der Schließdruck des Kolbens 5 etwa dem Betriebsdruck des Druckvergasers 3 entspricht.
  • Bei geringem Asche- oder auch Schlackeanfall wird mittels einer Füllstandsmessung und -regelung der Schneckenantrieb entsprechend ein- bzw. abgeschaltet, um so ein völliges Entleeren des Vorbunkers und des Schneckengehäuses 11 zu verhindern. Wichtig ist, daß über den Eintrittsstutzen des Gehäuses 11 ein ausreichend großer Zulaufquerschnitt vorhanden ist, wodurch insbesondere Störungen des Schlacke-Granulatzulaufes in der Einzugszone der Schnecke 1 vermieden werden.
  • Die Steigung der Schnecke 1 ist so dimensioniert, daß durch Bildung eines Staus wie oben erläutert Druck abgebaut wird. Der zwischen Schneckenende und Austragsöffnung 6 des Schneckengehäuses 11 mit wasserhaltigem Rückstand ausgefüllte Raum dient als Sicherheitszone, um einen stärkeren Abfluß von Flüssigkeit aus der Wasservorlage 2 zu verhindern.
  • Durch die justierbare Feder 7 wird auf den Kolben 5 ein Zusatzdruck übertragen, so daß beim Betrieb der Förderschnecke 1 die Asche- bzw. Rückstandsbestandteile gegen den weitgehend konstanten, von Betriebsdruckschwankungen unabhängigen von der Feder übertragenen Zusatzdruck ausgebracht werden.
  • Ein guter Sitz mit ausreichender Abdichtung wird beispielsweise durch eine druckübertragende Verbindung eines entsprechenden Stellschiebers für das Verschlußorgan, im vorliegenden Beispiel für den Kolben 5, mit der Wasservorlage 2 im Vergasungsreaktor 3 oder dem Hydraulik-Druckhalteaggregat 8 erreicht. Damit soll gewährleistet werden, daß am Stellschieber immer mindestens der jeweilige Betriebsdruck des Vergasungsreaktors 3 anliegt und daß die Austragsvorrichtung auch bei schwankendem Betriebsdruck mittels des Verschlußorgans stets geschlossen gehalten wird.
  • Das Antriebsorgan für die Schnecke 1 wird unter Berücksichtigung der mechanischen Eigenschaften der auszuschleusenden Asche- und Rückstandsbestandteile so dimensioniert, daß der beispielsweise von der Feder 7 auf das Verschlußorgan übertragene Zusatzdruck sicher überwunden wird und daß das Verschlußorgan beim Betrieb der Schnecke 1 unter dem Druck des aus den Asche- bzw. Rückstandsbestandteilen aufgebauten Massepfropfens die Austragsöffnung freigibt.
  • Die Asche- bzw. Rückstandsbestandteile gelangen in einen beispielsweise unterhalb des Austragsstutzens 10 angeordneten drucklosen Zwischenbunker. Das im Falle des Einsatzes einer Wasservorlage mit der Förderschnecke gleichzeitig mittransportierte und ebenfalls die Austragsöffnung passierende Wasser bewirkt eine Fluidisierung des ausgestoßenen Massepfropfens. In dem Zwischenbunker kann die Entgasung der Rückstandsbestandteile vorgenommen werden.
  • Mit dem angegebenen Verfahren wird ein kontinuierliches Ausschleusen ggf. auch noch festen Kohlenstoff enthaltender Rückstandsbestandteile aus der Vergasung fester oder flüssiger Brennstoffe wie Kohle, Petrolkoks, Schwelkoks, Hydrierrückstände, Vakuumrückstände u. dgl. zur Herstellung von Synthesegas und dessen Weiterverarbeitungsprodukten ermöglicht.

Claims (3)

1. Verfahren zum Ausschleusen von Rückstandspartikeln aus einer Abzugsöffnung eines Druckvergasungsreaktors nach dem Wirbelbett-oder Flugstaubprinzip mittels mindestens einer in einem Gehäuse drehbaren Förderschnecke, wobei der Eintrittsstutzen des Gehäuses mit dem die Rückstandspartikel aufnehmenden Abzugsstutzen des Reaktors in Verbindung steht und wobei die Teilchen von der Förderschnecke durch eine Austragsöffnung in eine Ausschleuskammer o. dgl. ausgeschleust werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Austragsöffnung des Schneckengehäuses mit einer auf ein Verschlußorgan zwecks Ausübung eines Schließdrucks einwirkenden einstellbaren Druckeinrichtung versehen ist, die mit Wasser vermischten Teilchen gegen den Schließdruck des Verschlußorgans über eine in die Ausschleuskammer führende Austragöffnung ausgestoßen werden, wobei die Betätigung des Verschlußorgans über eine Hydraulikeinrichtung, die mit dem im Reaktor herrschenden Druck in Verbindung steht und einen dem Reaktordruck entsprechenden Schließdruck auf das Verschlußorgan überträgt, erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, abgewandelt dadurch, daß die Betätigung des Verschlußorgans über ein vom Reaktionsraum unabhängiges Hydraulik-Druckhalteaggregat erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Verschlußorgan ein Zusatzdruck bezogen auf den Betriebsdruck des Reaktors übertragen wird.
EP86901777A 1985-03-05 1986-03-04 Verfahren zum ausschleusen von rückstandspartikeln aus einem druckvergasungsreaktor Expired EP0215857B1 (de)

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DE19853507628 DE3507628A1 (de) 1985-03-05 1985-03-05 Verfahren und vorrichtung zum ausschleusen von asche- oder auch schlacketeilchen aus einem druckvergasungsreaktor

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EP (1) EP0215857B1 (de)
JP (1) JPS62500179A (de)
CA (1) CA1248356A (de)
DE (2) DE3507628A1 (de)
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